RU2634307C1 - Device for researching thermohydraulic characteristics of liquid-metallic blanket of tyar - Google Patents

Device for researching thermohydraulic characteristics of liquid-metallic blanket of tyar Download PDF

Info

Publication number
RU2634307C1
RU2634307C1 RU2016121049A RU2016121049A RU2634307C1 RU 2634307 C1 RU2634307 C1 RU 2634307C1 RU 2016121049 A RU2016121049 A RU 2016121049A RU 2016121049 A RU2016121049 A RU 2016121049A RU 2634307 C1 RU2634307 C1 RU 2634307C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channels
blanket
magnetic field
liquid metal
thermohydraulic
Prior art date
Application number
RU2016121049A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Александрович Перцев
Сергей Анатольевич Крижановский
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority to RU2016121049A priority Critical patent/RU2634307C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2634307C1 publication Critical patent/RU2634307C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/11—Details
    • G21B1/13—First wall; Blanket; Divertor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: device for investigating the thermohydraulic characteristics of a lead-lithium blanket contains vertical lifting and lowering channels of rectangular cross-section with a flow rotation of 90°, input and output collectors. In addition, the device has, at least, two elevating vertical channels connected hydraulically in parallel and divided in the direction of the magnetic field by, at least, one or two partitions into subchannels, as well as electric heating elements located on the outer walls of the device and between the said channels.
EFFECT: optimisation of the possibilities for modeling the physical characteristics of the blanket, in particular the hydrodynamic and thermal characteristics of the liquid metal flow in a magnetic field.
3 dwg

Description

Изобретение относится к термоядерным реакторам (далее ТЯР), в частности к бланкетам ТЯР, где жидкий металл (литий, эвтектический сплав свинец-литий) обеспечивает наработку трития и отвод радиационного тепловыделения в систему преобразования энергии.The invention relates to thermonuclear reactors (hereinafter TNR), in particular to TNR blankets, where a liquid metal (lithium, eutectic lead-lithium alloy) provides tritium production and removal of radiation heat into the energy conversion system.

Известен ряд конструкций бланкетов, основными узлами которых являются блоки с литиевой керамикой и каналы охлаждения, в которых циркулирует жидкий металл - сплав свинец-литий (фиг. 1, A.Yu. Leshukov et al., Fusion Engineering and Design, 87 (2012) 1487-1494).A number of blanket designs are known, the main nodes of which are lithium ceramic blocks and cooling channels in which liquid metal — a lead-lithium alloy — circulates (Fig. 1, A. Yu. Leshukov et al., Fusion Engineering and Design, 87 (2012) 1487-1494).

Основным преимуществом таких бланкетов является большее значение коэффициента воспроизводства трития в сравнении с чистым свинец-литиевым бланкетом и большее время жизни в сравнении с керамическим бланкетом.The main advantage of such blankets is the greater value of the reproduction coefficient of tritium in comparison with a pure lead-lithium blanket and a longer lifetime in comparison with a ceramic blanket.

Специфика работы бланкетов, связанная с мощными нейтронными потоками, высокими температурами, наличием сильных магнитных полей, требует физического моделирования отдельных характеристик с целью подтверждения технических решений и ресурса. Среди таких характеристик весьма важными являются термогидравлические характеристики(магнитная гидродинамика (МГД) и теплообмен при течении жидкого металла в сильных магнитных нолях). Относительно небольшие рабочие объемы существующих экспериментальных магнитных систем вызывают значительные трудности при создании устройств для исследования вышеназванных термогидравлических характеристик бланкетов.The specifics of the blanket operation associated with powerful neutron fluxes, high temperatures, and the presence of strong magnetic fields require physical modeling of individual characteristics in order to confirm technical solutions and resource. Among these characteristics, thermohydraulic characteristics (magnetic hydrodynamics (MHD) and heat transfer during the flow of liquid metal in strong magnetic zeros) are very important. The relatively small working volumes of existing experimental magnetic systems cause considerable difficulties in creating devices for studying the above-mentioned thermo-hydraulic characteristics of blankets.

Известно (P.K. Swain et al., Fusion Engineering and Design, 88 (2013) 2848-2859) устройство (фиг. 2) для исследования МГД характеристик свинец-литиевого бланкета, представляющее собой входной и выходной патрубки с коллекторами (поз.1 и 2) и один канал прямоугольного сечения с рядом поворотов потока на 90°, в котором выделены участки подъемного (поз. 3) и опускного канала (поз. 4). Названное устройство имеет ряд недостатков:It is known (PK Swain et al., Fusion Engineering and Design, 88 (2013) 2848-2859) a device (Fig. 2) for studying the MHD characteristics of a lead-lithium blanket, which is an inlet and outlet pipe with collectors (items 1 and 2 ) and one channel of rectangular cross-section with a series of 90 ° flow turns, in which the sections of the lifting channel (pos. 3) and the lowering channel (pos. 4) are highlighted. The named device has several disadvantages:

- недостаточное геометрическое подобие реальному бланкету (отсутствие параллельных каналов и подканалов, отсутствие верхнего собирающего коллектора);- insufficient geometric similarity to a real blanket (lack of parallel channels and subchannels, lack of an upper collecting collector);

- отсутствие моделирования тепловых потоков от керамических блоков, что не дает возможности исследовать теплообмен в магнитном поле, в том числе влияние термогравитационной конвекции.- the lack of modeling of heat fluxes from ceramic blocks, which makes it impossible to study heat transfer in a magnetic field, including the effect of thermogravitational convection.

Техническим результатом заявляемого решения является улучшение возможностей моделирования физических характеристик бланкета, в частности гидродинамических и тепловых характеристик течения жидкого металла в магнитном поле.The technical result of the proposed solution is to improve the modeling capabilities of the physical characteristics of the blanket, in particular the hydrodynamic and thermal characteristics of the flow of liquid metal in a magnetic field.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что устройство для исследования термогидравлических характеристик свинец-литиевого бланкета, содержащее вертикальные подъемный и опускной каналы прямоугольного сечения с поворотом потока на 90°, входной и выходной коллекторы, с целью повышения соответствия критериям моделирования имеет по меньшей мере два подъемных вертикальных канала, включенных гидравлически параллельно и разделенных в направлении магнитного поля по меньшей мере одной или двумя перегородками на подканалы, и электронагревательные элементы, расположенные на внешних стенках устройства и между указанными каналами.The claimed technical result is achieved due to the fact that the device for studying the thermohydraulic characteristics of a lead-lithium blanket containing vertical lifting and lowering channels of rectangular cross-section with a 90 ° rotation of the flow, the input and output collectors, in order to increase compliance with the modeling criteria, has at least two vertical lifting channels connected hydraulically in parallel and separated in the direction of the magnetic field by at least one or two partitions per subchannel And electric heating elements, arranged on the outer walls of the device and between said channels.

Заявляемое решение поясняется фиг. 3. Здесь 1 и 2 - входной и выходной патрубки жидкого металла с коллекторами, 3 - подъемные каналы прямоугольного сечения, 4 - опускной вертикальный канал прямоугольного сечения, 5 - внутриканальные перегородки, 6 - верхний собирающий коллектор, 7 - электронагревательные элементы. Направление вектора индукции магнитного поля показано на рисунке. Измерительные датчики обеспечивают регистрацию электрических потенциалов, температур, давлений, пульсаций параметров, что позволяет изучить влияние магнитного поля на гидродинамику течения и теплообмен.The claimed solution is illustrated in FIG. 3. Here 1 and 2 are the inlet and outlet nozzles of liquid metal with collectors, 3 are the lifting channels of rectangular cross section, 4 is the lowering vertical channel of rectangular cross section, 5 are the in-channel partitions, 6 is the upper collecting collector, 7 are the electric heating elements. The direction of the magnetic induction vector is shown in the figure. Measuring sensors provide registration of electric potentials, temperatures, pressures, pulsations of parameters, which allows us to study the effect of a magnetic field on flow hydrodynamics and heat transfer.

Наличие двух подъемных каналов позволяет исследовать влияние входного и собирающего (верхнего) коллекторов на распределение расходов жидкого металла и температур в указанных каналах. Разделение подъемных каналов на подканалы, выполненное так, чтобы отношение сторон подканалов соответствовало этой величине в реальном бланкете, позволяет определить неравномерность расходов в них. Электронагревательные элементы между каналами и на внешних стенках устройства позволяют исследовать характеристики теплообмена в условиях действия магнитного поля и одностороннего/двустороннего обогрева.The presence of two lifting channels allows us to study the influence of the input and collecting (upper) collectors on the distribution of liquid metal flow rates and temperatures in these channels. The separation of the lifting channels into subchannels, made so that the ratio of the sides of the subchannels corresponds to this value in a real blanket, makes it possible to determine the unevenness of expenses in them. Electric heating elements between the channels and on the external walls of the device allow you to study the characteristics of heat transfer under conditions of a magnetic field and one-sided / two-sided heating.

Таким образом, приведенная выше совокупность существенных признаков заявляемой конструкции обеспечивает достижение заявляемого технического результата, а именно улучшение возможностей моделирования физических характеристик бланкета, в частности гидродинамических и тепловых характеристик течения жидкого металла в магнитном поле, за счет того, что по меньшей мере два подъемных вертикальных канала включены гидравлически параллельно и разделены в направлении магнитного поля по меньшей мере одной или двумя перегородками на подканалы, и электронагревательные элементы размещены на стенках внешних каналов и между указанными каналами.Thus, the above set of essential features of the claimed design ensures the achievement of the claimed technical result, namely, improving the modeling capabilities of the physical characteristics of the blanket, in particular the hydrodynamic and thermal characteristics of the flow of liquid metal in a magnetic field, due to the fact that at least two vertical lifting channels are connected hydraulically in parallel and are divided in the direction of the magnetic field by at least one or two partitions into subchannels, and electric heating elements are placed on the walls of the external channels and between these channels.

Claims (1)

Устройство для исследования термогидравлических характеристик жидкометаллического бланкета термоядерного реактора (ТЯР), содержащее вертикальные подъемный и опускной каналы прямоугольного сечения с поворотом потока на 90° для прокачки жидкометаллического теплоносителя, входной и выходной коллекторы, отличающееся тем, что имеются по меньшей мере два подъемных вертикальных канала, включенных гидравлически параллельно и разделенных в направлении магнитного поля по меньшей мере одной или двумя перегородками на подканалы, и электронагревательные элементы на стенках внешних каналов и между указанными каналами.A device for studying the thermohydraulic characteristics of a liquid metal blanket of a thermonuclear reactor (TNR), containing vertical lifting and lowering channels of rectangular cross-section with a 90 ° flow turn for pumping the liquid metal coolant, input and output collectors, characterized in that there are at least two vertical lifting channels, hydraulically connected in parallel and separated in the direction of the magnetic field by at least one or two partitions into subchannels, and evatelnye elements on the external walls of the channels and between said channels.
RU2016121049A 2016-05-27 2016-05-27 Device for researching thermohydraulic characteristics of liquid-metallic blanket of tyar RU2634307C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121049A RU2634307C1 (en) 2016-05-27 2016-05-27 Device for researching thermohydraulic characteristics of liquid-metallic blanket of tyar

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121049A RU2634307C1 (en) 2016-05-27 2016-05-27 Device for researching thermohydraulic characteristics of liquid-metallic blanket of tyar

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2634307C1 true RU2634307C1 (en) 2017-10-25

Family

ID=60153942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016121049A RU2634307C1 (en) 2016-05-27 2016-05-27 Device for researching thermohydraulic characteristics of liquid-metallic blanket of tyar

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634307C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2056650C1 (en) * 1993-08-10 1996-03-20 Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники Thermonuclear reactor
RU2101887C1 (en) * 1991-12-31 1998-01-10 Сосьете Оропеен де Пропюльсьон Heat shield, cooling element and its manufacturing process

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2101887C1 (en) * 1991-12-31 1998-01-10 Сосьете Оропеен де Пропюльсьон Heat shield, cooling element and its manufacturing process
RU2056650C1 (en) * 1993-08-10 1996-03-20 Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники Thermonuclear reactor

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YING.A. et al. STATUS OF CERAMIC BREEDER PEBBLE BED THERMO-MECHANICS R&D AND IMPACT ON BREEDER MATERIAL MECHANICAL STRENGHT, Fusion Engineering and Design 87 (2012) pp.1130-1137. *
ПОДДУБНЫЙ И.И. и др. ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ТЕЧЕНИИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В УСЛОВИЯХ ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2015, т. 38, вып. 3, с. 1-133. *
ПОДДУБНЫЙ И.И. и др. ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ТЕЧЕНИИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В УСЛОВИЯХ ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2015, т. 38, вып. 3, с. 1-133. YING.A. et al. STATUS OF CERAMIC BREEDER PEBBLE BED THERMO-MECHANICS R&D AND IMPACT ON BREEDER MATERIAL MECHANICAL STRENGHT, Fusion Engineering and Design 87 (2012) pp.1130-1137. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen Progress in study on constructal theory and its applications
CN104457854A (en) Liquid metal medium forced convection experimental loop
Chen et al. Study of core flow distribution for small modular natural circulation lead or lead-alloy cooled fast reactors
Liu et al. Transient heat transfer for forced flow of helium gas along a horizontal plate with different widths
Zhang et al. Thermal-hydraulic analysis of the improved TOPAZ-II power system using a heat pipe radiator
RU2634307C1 (en) Device for researching thermohydraulic characteristics of liquid-metallic blanket of tyar
Xiao et al. Constructal design for a steam generator based on entransy dissipation extremum principle
Qiu et al. Experimental research on the incipient boiling wall superheat of sodium
Chu et al. Experimental and theoretical investigations on effect of U-tube inlet and secondary temperatures on reverse flow inside UTSG
Meng et al. Experimental studies of MHD pressure drop of PbLi flow in rectangular pipes under uniform magnetic field
Hu et al. Analysis on passive residual heat removal system with heat pipes for longterm decay heat removal of small lead-based reactor
CN104517657A (en) Device for generating a high temperature gradient in a sample, including optical control means
Cheng et al. Neutronics and thermo-hydraulic design of supercritical-water cooled solid breeder TBM
RU168720U1 (en) REMOTE LATTICE
Sarchami et al. Comparison between surface heating and volumetric heating methods inside CANDU reactor moderator test facility (MTF) using 3D numerical simulation
Kao et al. Investigation of plenum-to-plenum heat transfer and gas dynamics under natural circulation in a scaled-down dual channel module mimicking prismatic VHTR core using CFD
Lee et al. Investigation of various reactor vessel auxiliary cooling system geometries for a hybrid micro modular reactor
Ren et al. Implementation of the Lax-Wendroff Method in COBRA-TF for Solving Two-Phase Flow Transport Equations
CN203119793U (en) Nuclear power conversion system
RU2737793C1 (en) Thermoelectric generator in shell and pipe type
Suh Numerical Investigation on Natural Circulation in a Simplified Passive Containment Cooling System
Ibano et al. Neutronics and pumping power analyses on the Tokamak reactor for the fusion-biomass hybrid concept
Hou et al. Pressure drop experiments of liquid sodium flowing in a 7-Rod bundle
Sekhar Hydraulic and Thermal Studies on Dual Channel Cable-in-Conduit Conductors for Fusion Grade Magnets using Porous Medium Approach
Zhou et al. The parameters analysis of lead bismuth-heat transfer device in the water side